在微流控PDMS芯片加工的過程中,需要使用烘膠臺或者烤膠設備對SU-8光刻膠或PDMS聚合物進行烘烤。SU-8光刻膠的烘烤通常需要進行2-3次。本文簡要介紹SU-8光刻膠烘烤的注意事項。
微流控SU-8光刻膠烘烤:軟烘、后曝光烘烤和硬烘
在整個SU-8模具制備的過程中,微流控SU-8光刻膠需要烘烤2或3次,每一次烘烤都有不同的作用。
第一次光刻膠烘烤叫做軟烘,是SU-8光刻膠旋涂之后需要完成的操作。目標是蒸發溶劑,使SU-8光刻膠更加堅固。溶劑蒸發會稍微的改變光刻膠層(膠層)的厚度并且使SU-8光刻膠暴露在UV光下。實際上,大約7%的溶劑量就可以實現較好的曝光。
第二次光刻膠烘烤叫做PEB(Post Exposure Bake, 后曝光烘烤),是在UV曝光后需要完成的操作。UV曝光能夠激活SU-8光刻膠內光敏成分的活性,但是需要能量來進一步的促進反應。加熱可以帶來這種能量。
第三次光刻膠烘烤叫做硬烘,是整個SU-8模具制作過程的最后一步,但是是可選項。在SU-8模具制作過程的最后,SU-8光刻膠內部還遺留有大量的強度應力,這些強度應力可在膠層的表面上產生裂紋,促使膠層分層等等,硬烘在高溫下(超過120°C)加熱SU-8光刻膠,以此來抑制這些強度應力。由于硬烘的作用,膠層表面上的部分裂紋消失了,并且SU-8光刻膠變得更堅硬了。
烘烤真的是非常重要并且會極大的影響整個加工過程的成功與否。擁有一個良好的設備是非常重要的,但是也有一些技巧可以讓您有最大機會來成功的實現SU-8光刻。
成功烘烤SU-8光刻膠的相關參數
晶圓/晶片位置
SU-8光刻膠烘烤的一個重要參數是整個晶圓表面加熱的均勻性。為此,您必須確保即將放置晶圓的熱板溫度是均勻的,一般來說,如果您的光刻熱板足夠大,那么熱板的中心和邊緣部位之間的溫度是有差異的,熱板中心部位的溫度是足夠均勻的,而邊緣部位會出現溫度梯度變化。如果熱板中心區域的寬度足夠大,那么可以把晶圓放置在熱板的中心區域,如此來獲得均勻的溫度分布。因此,在實際實驗過程中,需要盡可能的把晶圓/晶片放置在熱板的中心位置。
熱板的清洗
小心的把您的硅片放在熱板的干凈的表面上,表面上的灰塵會改變溫度的均勻性。
平坦和水平的熱板
尤其是對于第一次烘烤——軟烘烤——SU-8光刻膠非常柔軟而且可以流動,因此,務必要檢查并確保熱板處于水平狀態并且其是平坦的。在必要的時候,也可以使用水平儀來調整您的光刻熱板是否處于水平狀態。
使用平滑的溫度斜坡來加熱您的SU-8光刻膠
SU-8光刻膠對溫度的變化非常敏感。快速的溫度變化將在SU-8光刻膠內產生較大的應變,這些應變會在膠層表面上產生裂縫。因此,強烈建議您遵循溫度斜坡曲線來慢慢的增加和降低溫度。有一個經典的升溫和降溫的參數可供參考:升溫速率為10°C/min,降溫速率為5°C/min。
SU-8光刻膠的最高溫度
如何成功的烘烤微流控SU-8光刻膠?
SU-8光刻膠可以燃燒,所以,要小心不要把基板的溫度加熱太高。曝光后的SU-8和隨后的交聯反應的轉變溫度為200°C,聚合物在溫度超過380°C后會被破壞掉,因此,務必要小心,不要超過SU-8光刻膠可能受的最高溫度。
審核編輯 黃宇
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